传热学_第九章精选PPT.ppt

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1、传热学_第九章第1页，此课件共51页哦2023/1/71 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/72本章的学习目的本章的学习目的(1)分析实际传热问题的能力分析实际传热问题的能力(2)综合应用三种基本传热方式及其相关公式的能力综合应用三种基本传热方式及其相关公式的能力(3)了解换热器的基本知识和设计过程了解换热器的基本知识和设计过程 9-1 9-1 传热过程的分析和计算传热过程的分析和计算 传热过程传热过程？基本计算式基本计算式(传热方程式传热方程式)？式中：式中：K K是传热系数是传热系数(总传热系数总传热系数)

2、。对于。对于不同的传热过不同的传热过 程，程，K K的计算公式也不同。的计算公式也不同。第2页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/731 1 通过平壁的传热通过平壁的传热K的计算公的计算公式？式？说明说明：(1)h(1)h1 1和和h h2 2的计算；（的计算；（2 2）如果计及辐射时对流换热系数）如果计及辐射时对流换热系数应该采用等效换热系数应该采用等效换热系数(总表面传热系数总表面传热系数)单相对流：单相对流：膜态沸腾：膜态沸腾：第3页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技

3、大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/742 2 通过圆管的传热通过圆管的传热hiho内部对流：内部对流：圆柱面导热：圆柱面导热：外部对流：外部对流：第4页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/753 3 通过肋壁的传热通过肋壁的传热肋壁面积：肋壁面积：稳态下换热情况：稳态下换热情况：A1A2Ai肋面总效率肋面总效率第5页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程202

4、3/1/76定义肋化系数：定义肋化系数：则传热系数为则传热系数为所以，只要所以，只要 就可以起到强化换热的效果。就可以起到强化换热的效果。第6页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/774 4 带保温层的圆管传热带保温层的圆管传热临界热绝缘直径临界热绝缘直径圆管外敷保温层后：圆管外敷保温层后：可见，保温层使得导热热阻增加，换热削弱；另一方面，降低可见，保温层使得导热热阻增加，换热削弱；另一方面，降低了对流换热热阻，使得换热赠强，那么，综合效果到底是增强了对流换热热阻，使得换热赠强，那么，综合效果

5、到底是增强还是削弱呢？这要看还是削弱呢？这要看d d/dd/ddo2 o2 和和d d2 2/dd/ddo2o22 2的值的值第7页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/78可见，确实是有一个极值存在，那么，到底是极大值，还是极小可见，确实是有一个极值存在，那么，到底是极大值，还是极小值呢？从热量的基本传递规律可知，应该是极大值。也就是说，值呢？从热量的基本传递规律可知，应该是极大值。也就是说，d do2o2在在d do1o1 d dcrcr之间，之间，是增加的，当是增加的，当d do2o2大于

6、大于d dcrcr时，时，降低。降低。or第8页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/79 9-2 9-2 换热器的型式及平均温差换热器的型式及平均温差1 1换热器的定义：换热器的定义：用来使热量从热流体传递到冷流体，以用来使热量从热流体传递到冷流体，以 满足规定的工艺要求的装置满足规定的工艺要求的装置2 2 换热器的分类：换热器的分类：三种类型换热器三种类型换热器简介简介第9页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动

7、力工程2023/1/7103 3 间壁式换热器的主要型式间壁式换热器的主要型式(1)(1)套管式换热器：套管式换热器：最简单的一种间壁式换热器，流体有顺最简单的一种间壁式换热器，流体有顺 流和逆流两种，适用于传热量不大或流流和逆流两种，适用于传热量不大或流 体流量不大的情形体流量不大的情形顺流顺流逆流逆流第10页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/711(2)2)管壳式换热器：管壳式换热器：最主要的一种间壁式换热器，传热面由管束组成，最主要的一种间壁式换热器，传热面由管束组成，管子两端固定在管

8、板上，管束与管板再封装在外壳内。两种流体分管子两端固定在管板上，管束与管板再封装在外壳内。两种流体分管程管程和和壳程。壳程。第11页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/712增加管程增加管程第12页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/713进一步增加管程和壳程进一步增加管程和壳程第13页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大

9、学热能与动力工程2023/1/714(3)(3)交叉流换热器：交叉流换热器：间壁式换热器的又一种主要形式。其主间壁式换热器的又一种主要形式。其主要特点是冷热流体呈交叉状流动。交叉流换热器又分管束式、要特点是冷热流体呈交叉状流动。交叉流换热器又分管束式、管翅式和板翅式三种。管翅式和板翅式三种。(c)板翅式交叉流换热器板翅式交叉流换热器第14页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/715(4)(4)板式换热器：板式换热器：由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所组成，冷由一组几何结构相同的平行薄平板叠加

10、所组成，冷热流体间隔地在每个通道中流动，其特点是拆卸清洗方便，故适用于含热流体间隔地在每个通道中流动，其特点是拆卸清洗方便，故适用于含有易结垢物的流体。有易结垢物的流体。单位体积内所包含的换热面积作为衡量换热器紧凑程度的衡量指标，一单位体积内所包含的换热面积作为衡量换热器紧凑程度的衡量指标，一般将大于般将大于700m2/m3700m2/m3的换热器称为的换热器称为紧凑式换热器紧凑式换热器，板翅式换热器多属，板翅式换热器多属于紧凑式，因此，日益受到重视。于紧凑式，因此，日益受到重视。第15页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技

11、大学热能与动力工程2023/1/716(5)5)螺旋板式换热器：螺旋板式换热器：换热表面由两块金属板卷制而成，有点：换热表面由两块金属板卷制而成，有点：换热效果好；缺点：密封比较困难。换热效果好；缺点：密封比较困难。第16页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/7174 4 简单顺流及逆流换热器的对数平均温差简单顺流及逆流换热器的对数平均温差传热方程的一般形式：传热方程的一般形式：这个过程对于传热过程是通用的，但是当温这个过程对于传热过程是通用的，但是当温差差 沿整个壁面不是常数时，比如等壁沿整

12、个壁面不是常数时，比如等壁温条件下的管内对流换热，以及我们现在遇温条件下的管内对流换热，以及我们现在遇到的换热器等。对于前者我们曾经提到过对到的换热器等。对于前者我们曾经提到过对数平均温差数平均温差(LMTD)(LMTD)的公式，但是没有给出推的公式，但是没有给出推导。下面我们就来看看导。下面我们就来看看LMTDLMTD的推导过程的推导过程dthdtcthtc第17页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/718以以顺流顺流情况为例，并作如下假设情况为例，并作如下假设：（：（1 1）冷热流体的质量

13、流量）冷热流体的质量流量qm2qm2、qm1qm1以及比热容以及比热容c2,c1c2,c1是常数；是常数；(2)(2)传热系数是常数；（传热系数是常数；（3 3）换）换热器无散热损失；（热器无散热损失；（4 4）换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。）换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。要想计算沿整个换热面的平均温差，首先需要知道当地温差随换要想计算沿整个换热面的平均温差，首先需要知道当地温差随换热面积的变化，即热面积的变化，即 ，然后再沿整个换热面积进行平均，然后再沿整个换热面积进行平均第18页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工

14、程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/719在前面假设的基础上，并已知冷热流体的进出口温度，现在在前面假设的基础上，并已知冷热流体的进出口温度，现在来看图来看图9-139-13中微元换热面中微元换热面dAdA一段的传热。温差为：一段的传热。温差为：在固体微元面在固体微元面dAdA内，两种流体的换热量为内，两种流体的换热量为:对于热流体和冷流体对于热流体和冷流体:第19页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/720可见，当地温差随换热面呈指数变化，则沿整个换热面的平均可见，当地温差随换热面呈指

15、数变化，则沿整个换热面的平均温差为：温差为：第20页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/721(1)+(2)+(3)(1)+(2)+(3)对数平均对数平均温差温差第21页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/722顺流：顺流：逆流时：逆流时：第22页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/723其他

16、过程和公式与顺流是完全一样，因此，最终仍然可以其他过程和公式与顺流是完全一样，因此，最终仍然可以得到：得到：第23页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/724顺流和逆流的区别在于：顺流和逆流的区别在于：顺流：顺流：逆流：逆流：或者我们也可以将对或者我们也可以将对数平均温差写成如下数平均温差写成如下统一形式统一形式(顺流和逆流顺流和逆流都适用都适用)第24页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/7

17、255 5 算术平均温差算术平均温差平均温差的另一种更为简单的形式是算术平均温差，即平均温差的另一种更为简单的形式是算术平均温差，即算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，因此，总是大于相同进出口温算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，因此，总是大于相同进出口温度下的对数平均温差，当度下的对数平均温差，当 时，两者的差别小于时，两者的差别小于4 4；当；当 时，两者的差别小于时，两者的差别小于2.32.3。第25页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/7266 6 其他复杂布置时换热器平均温差

18、的计算其他复杂布置时换热器平均温差的计算以上所讨论的对数平均温差以上所讨论的对数平均温差(LMTD)(LMTD)只是针对纯顺流和纯逆流情况，而只是针对纯顺流和纯逆流情况，而这种情况的出现是比较少的，实际换热器一般都是处于顺流和逆流之这种情况的出现是比较少的，实际换热器一般都是处于顺流和逆流之间，或者有时是逆流，有时又是顺流。对于这种复杂情况，可对纯逆间，或者有时是逆流，有时又是顺流。对于这种复杂情况，可对纯逆流的对数平均温差进行修正以获得其他情况下的平均温差。流的对数平均温差进行修正以获得其他情况下的平均温差。是给定的冷热流体的进出口温度布置成逆流时的是给定的冷热流体的进出口温度布置成逆流时的

19、LMTDLMTD，是小是小于于1 1的修正系数。的修正系数。第26页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/727关于关于 的注意事项的注意事项（1 1）值取决于无量纲参数值取决于无量纲参数 P P和和 R R式中：下标式中：下标1、2分别表示两种流体，上角标分别表示两种流体，上角标 表示进口，表示进口，表示出表示出口，图表中均以口，图表中均以P为横坐标，为横坐标，R为参量。为参量。（3 3）R R的物理意义：两种流体的热容量之比的物理意义：两种流体的热容量之比（2 2）P P的物理意义：流体的物

20、理意义：流体2 2的实际温升与理论上所能达到的实际温升与理论上所能达到 的最大温升之比，所以只能小于的最大温升之比，所以只能小于1 1（4 4）对于管壳式换热器，查图时需要注意流动的对于管壳式换热器，查图时需要注意流动的“程程”数数第27页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/7287 7 各种流动形式的比较各种流动形式的比较(1)(1)顺流和逆流是两种极端情况，在相同的进出口温度下，逆流的顺流和逆流是两种极端情况，在相同的进出口温度下，逆流的 最大，顺流则最小；最大，顺流则最小；(2)(2)顺

21、流时顺流时 ，而逆流时，而逆流时，则可能大于则可能大于 ，可，可见，逆流布置时的换热最强。见，逆流布置时的换热最强。InOutInOut第28页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/729(3)(3)那么是不是所有的换热器都设计成逆流形式的就最好呢？不是，那么是不是所有的换热器都设计成逆流形式的就最好呢？不是，因为一台换热器的设计要考虑很多因素，而不仅仅是换热的强弱。比因为一台换热器的设计要考虑很多因素，而不仅仅是换热的强弱。比如，逆流时冷热流体的最高温度均出现在换热器的同一侧，使得该处如，逆流

22、时冷热流体的最高温度均出现在换热器的同一侧，使得该处的壁温特别高，可能对换热器产生破坏，因此，对于高温换热器，又的壁温特别高，可能对换热器产生破坏，因此，对于高温换热器，又是需要故意设计成顺流是需要故意设计成顺流(4)(4)对于有相变的换热器，如蒸发器和冷凝器，发生相变的流体温对于有相变的换热器，如蒸发器和冷凝器，发生相变的流体温度不变，所以不存在顺流还是逆流的问题。度不变，所以不存在顺流还是逆流的问题。xTIn OutxTIn Out冷凝冷凝蒸发蒸发第29页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1

23、/730 9-3 9-3 换热器的热计算换热器的热计算 换热器热计算分两种情况：设计计算和校核计算换热器热计算分两种情况：设计计算和校核计算(1)(1)设计计算：设计一个新的换热器，以确定所需的换热面积设计计算：设计一个新的换热器，以确定所需的换热面积(2)(2)校核计算：对已有或已选定了换热面积的换热器，在非设校核计算：对已有或已选定了换热面积的换热器，在非设 计工况条件下，核算他能否胜任规定的新任务。计工况条件下，核算他能否胜任规定的新任务。第30页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/73

24、1换热器的热计算有两种方法：平均温差法换热器的热计算有两种方法：平均温差法 效能效能-传热单元数传热单元数(-NTU-NTU)法法1 1平均温差法平均温差法：就是直接应用传热方程和热平衡方程进行热就是直接应用传热方程和热平衡方程进行热 计算，其具体步骤如下：计算，其具体步骤如下：对于设计计算（已知对于设计计算（已知 ，及进出口温度中的三个，求，及进出口温度中的三个，求 ）(1)(1)初步布置换热面，并计算出相应的总传热系数初步布置换热面，并计算出相应的总传热系数k k(2)(2)根据给定条件，由热平衡式求出进、出口温度中的那个待定根据给定条件，由热平衡式求出进、出口温度中的那个待定的温度的温度

25、(3)(3)由冷热流体的由冷热流体的4 4个进出口温度确定平均温差个进出口温度确定平均温差 (4)(4)由传热方程式计算所需的换热面积由传热方程式计算所需的换热面积A A，并核算换热面流体的流动阻，并核算换热面流体的流动阻力力(5)(5)如果流动阻力过大，则需要改变方案重新设计。如果流动阻力过大，则需要改变方案重新设计。第31页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/732对于校核计算（已知对于校核计算（已知 ，及两个进口温度，求，及两个进口温度，求 ）(1)(1)先假设一个流体的出口温度，按热平

26、衡式计算另一个出口温度先假设一个流体的出口温度，按热平衡式计算另一个出口温度(2)(2)根据根据4 4个进出口温度求得平均温差个进出口温度求得平均温差(3)(3)根据换热器的结构，算出相应工作条件下的总传热系数根据换热器的结构，算出相应工作条件下的总传热系数k k(4)(4)已知已知kAkA和和 ，按传热方程式计算在假设出口温度下的，按传热方程式计算在假设出口温度下的(5)(5)根据根据4 4个进出口温度，用热平衡式计算另一个个进出口温度，用热平衡式计算另一个 ，这个值和上面的，这个值和上面的 ，都是在假设出口温度下得到的，因此，都不是真实的换热量，都是在假设出口温度下得到的，因此，都不是真实

27、的换热量(6)(6)比较两个比较两个 值，满足精度要求，则结束，否则，重新假定出口温值，满足精度要求，则结束，否则，重新假定出口温度，重复度，重复(1)(6)(1)(6)，直至满足精度要求。，直至满足精度要求。第32页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/7332 2 效能效能-传热单元数法传热单元数法(1)(1)换热器的效能和传热单元数换热器的效能和传热单元数 换热其效能的定义是基于如下思想：当换热器无限长，对于一个逆换热其效能的定义是基于如下思想：当换热器无限长，对于一个逆流换热器来讲，则会

28、发生如下情况流换热器来讲，则会发生如下情况 a a 当当 时，时，则，则 b b 当当 时，时，则，则于是，我们可以得到于是，我们可以得到然而，实际情况的船热量然而，实际情况的船热量q q总是小于可能的最大传热量总是小于可能的最大传热量q qmaxmax，我们将，我们将q/qq/qmaxmax定义为换热器的效能，并用定义为换热器的效能，并用 表示，即表示，即第33页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/734对于一个已存在的换热器，如果已知了效能对于一个已存在的换热器，如果已知了效能 和冷热流体

29、的进口温差，和冷热流体的进口温差，则实际传热量可很方便地求出则实际传热量可很方便地求出那么在未知传热量，之前，那么在未知传热量，之前，又如何计算？和那些因素有关？又如何计算？和那些因素有关？以以顺流顺流换热器为例，并假设换热器为例，并假设 ，则有，则有根据热平衡式得：根据热平衡式得：于是于是式式，相加：相加：热容比热容比热容比热容比第34页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/735式式代入下式得：代入下式得：+第35页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛

30、科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/736当当 时，同样的推导过程可得：时，同样的推导过程可得：上面的推导过程得到如下结果，对于顺流：上面的推导过程得到如下结果，对于顺流：当当 时时上面两个公式合并，可得：上面两个公式合并，可得：第36页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/737换热器效能公式中的换热器效能公式中的 依赖于换热器的设计，依赖于换热器的设计，则依赖于换热器则依赖于换热器的运行条件，因此，的运行条件，因此，在一定程度上表征了换热器综合技术经济在一定程度上表

31、征了换热器综合技术经济性能，习惯上将这个比值（无量纲数）定义为传热单元数性能，习惯上将这个比值（无量纲数）定义为传热单元数NTUNTU，即，即因此，因此，与顺流类似，与顺流类似，逆流逆流时：时：第37页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/738当冷热流体之一发生相变时当冷热流体之一发生相变时，相当于，相当于 ，即，即 ，于是上面效能公式可简化为，于是上面效能公式可简化为当两种流体的热容相等时，即当两种流体的热容相等时，即 公式可以简化为公式可以简化为顺流：顺流：逆流：逆流：第38页，此课件共5

32、1页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/739（，及两个进口温度，求，及两个进口温度，求 ）(2)(2)用效能用效能-传热单元数法计算换热器的步骤传热单元数法计算换热器的步骤a a 设计计算设计计算 显然，利用已知条件可以计算出显然，利用已知条件可以计算出 ，而带求的，而带求的k k，A A则包含在则包含在NTUNTU内，因此，对于设计计算是已知内，因此，对于设计计算是已知 ，求，求NTUNTU，求解过程与平，求解过程与平均温差法相似，不再重复均温差法相似，不再重复b b 校核计算校核计算 由于由于k k事先

33、不知，所以仍然需要假设一个出口温度，具体如事先不知，所以仍然需要假设一个出口温度，具体如下：下：假设一个出口温度假设一个出口温度 ，利用热平衡式计算另一个，利用热平衡式计算另一个 利用四个进出口温度计算定性温度，确定物性，并结合换热器结构，利用四个进出口温度计算定性温度，确定物性，并结合换热器结构，计算总传热系数计算总传热系数k k 利用利用k,Ak,A计算计算NTUNTU（，及进出口温度中的三个，求，及进出口温度中的三个，求 ）第39页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/740 利用利用NT

34、UNTU计算计算 利用利用(9-17)(9-17)计算计算，利用，利用(9-14)(9-14)计算另一个计算另一个 比较两个比较两个，是否满足精度，否则重复以上步骤，是否满足精度，否则重复以上步骤从上面步骤可以看出，假设的出口温度对传热量从上面步骤可以看出，假设的出口温度对传热量 的影响不是直的影响不是直接的，而是通过定性温度，影响总传热系数，从而影响接的，而是通过定性温度，影响总传热系数，从而影响NTUNTU，并最终影响，并最终影响 值。而平均温差法的假设温度直接用于计值。而平均温差法的假设温度直接用于计算算 值，显然值，显然-NTU-NTU法对假设温度没有平均温差法敏感，这法对假设温度没有

35、平均温差法敏感，这是该方法的优势。是该方法的优势。第40页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/7413 3 换热器设计时的综合考虑换热器设计时的综合考虑 换热器设计是综合性的课题，必须考虑出投资，运行费用，安全可换热器设计是综合性的课题，必须考虑出投资，运行费用，安全可靠等诸多因素。靠等诸多因素。4 4 换热器的结垢及污垢热阻换热器的结垢及污垢热阻 污垢增加了热阻，使传热系数减小，这种热阻成为污垢热阻，污垢增加了热阻，使传热系数减小，这种热阻成为污垢热阻，用用R Rf f表示，表示，式中：式中

36、：k k为有污垢后的换热面的传热系数，为有污垢后的换热面的传热系数，k0k0为洁净换热面为洁净换热面 的传热系数。的传热系数。第41页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/742对于两侧均已结构的管壳式换热器，以管子外表面为计算依对于两侧均已结构的管壳式换热器，以管子外表面为计算依据的传热系数可以表示成：据的传热系数可以表示成：如果管子外壁没有肋化，则肋面总效率如果管子外壁没有肋化，则肋面总效率 o o=1=1。管壳式换热器的部分污垢热阻可以在表管壳式换热器的部分污垢热阻可以在表9-19-1种查

37、得。种查得。第42页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/743 9-4 9-4 传热的强化和隔热保温技术传热的强化和隔热保温技术强化传热的目的：缩小设备尺寸、提高热效率、保证设备安全强化传热的目的：缩小设备尺寸、提高热效率、保证设备安全削弱传热的目的：减少热量损失削弱传热的目的：减少热量损失1 1 强化传热的原则和手段强化传热的原则和手段(1)(1)强化换热的原则：哪个环节的热阻大，就对哪个环节采取强化措强化换热的原则：哪个环节的热阻大，就对哪个环节采取强化措施。施。举例：以圆管内充分发展湍流

38、换热为例，其实验关联式为：举例：以圆管内充分发展湍流换热为例，其实验关联式为：第43页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/7442 2 确定传热过程分热阻的威尔逊图解法确定传热过程分热阻的威尔逊图解法 利用数据采集系统可以测定壁面和流体的温度，从而获得平均利用数据采集系统可以测定壁面和流体的温度，从而获得平均温差，利用热平衡方程式获得热流量，换热面积可以根据设计情况温差，利用热平衡方程式获得热流量，换热面积可以根据设计情况获得，这样就可以通过传热方程式计算出总表面传热系数。这是获得，这样就可以

39、通过传热方程式计算出总表面传热系数。这是威威尔逊图解法尔逊图解法的基础。的基础。我们已管壳式换热器为例，说明如何应用威尔逊图解法获得我们已管壳式换热器为例，说明如何应用威尔逊图解法获得各个分热阻。总表面传热系数可以表示成：各个分热阻。总表面传热系数可以表示成：第44页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/745工业换热器中的管内流体的流动一般都是处于旺盛湍流状态，工业换热器中的管内流体的流动一般都是处于旺盛湍流状态，h hi i 与流速与流速u0.8u0.8成正比，因此，可以写成成正比，因此，可

40、以写成 的形式，带入上的形式，带入上式：式：第45页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/746如果能保持如果能保持h ho o不变，不变，R Rw w壁面的导热热阻不会变化，壁面的导热热阻不会变化，R Rf f在短时间内不会在短时间内不会有大的改变，因此，上式右边的前三项可认为是常数，用有大的改变，因此，上式右边的前三项可认为是常数，用 b b 表示，表示，物性不变的情况下，物性不变的情况下，可以认为是可以认为是常数，用常数，用m m表示，于是上式可变为表示，于是上式可变为改变管内流速改变管内

41、流速u u，则可以测得一系列的总表面传热系数，然后绘制，则可以测得一系列的总表面传热系数，然后绘制成图，则是一条直线，如图成图，则是一条直线，如图(9-31)(9-31)所示所示第46页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/747从这个图中可以获得从这个图中可以获得b b，m m，和，和c ci i，从而，管子内侧的对流换热系，从而，管子内侧的对流换热系数数这这样样就就将将内内部部热热阻阻从从总总传传热热系系数数中中分分离离出出来来，然然后后，当当换换热热器器运运行行一一段段时时间间后后，再再进

42、进行行同同样样过过程程的的测测量量，可可以以获获得得另另外外一一条条曲曲线线，则则两条曲线截距之差就是污垢热阻，这样又把污垢热阻分离出来了。两条曲线截距之差就是污垢热阻，这样又把污垢热阻分离出来了。威威尔尔逊逊图图解解法法的的前前提提是是有有一一侧侧的的换换热热热热阻阻基基本本保保持持不不变变，有有时时候候这这格条件很难被满足，因此，后来人们提出了一种修正威尔逊图解法。格条件很难被满足，因此，后来人们提出了一种修正威尔逊图解法。第47页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/7483 3 隔热保温

43、技术隔热保温技术(1)(1)需求背景需求背景(2)(2)高于环境温度的热力设备的保温多采用无机的绝热材料高于环境温度的热力设备的保温多采用无机的绝热材料(3)(3)低于环境温度时，有三个档次的绝热材料可供选择，低于环境温度时，有三个档次的绝热材料可供选择，a a 一般性的绝热材料；一般性的绝热材料；b b 抽真空至抽真空至10Pa10Pa的粉末颗粒热的粉末颗粒热 材料；材料；c c 多层真空绝热材料。多层真空绝热材料。(4)(4)保温效率保温效率 0 0 单位长度裸管的散热量，单位长度裸管的散热量，W/mW/m；x x 单位长度包有厚单位长度包有厚x(x(单位：单位：mm)mm)保温材料的保温

44、材料的 管子的散热量，管子的散热量，W/mW/m第48页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/749本章小结：l换热器的定义、类型，及其各自的优缺点；l不同表面的总表面传热系数，污垢热阻的概念；l对数平均温差(LMTD)；lLMTD在换热器分析中的应用l强化传热的原则和手段l临界热绝缘直径l用于不同的传热方式分析、计算换热器内的传热量第49页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/750思考题：思考

45、题：1.1.通过平板与园管的传热系数的计算方法通过平板与园管的传热系数的计算方法.2.2.肋化系数和肋面总效率的定义肋化系数和肋面总效率的定义.肋效率肋效率,肋化系数和肋肋化系数和肋 面总效率之间的区别面总效率之间的区别.3.3.已知肋化系数后已知肋化系数后,通过肋面的传热系数的计算方法通过肋面的传热系数的计算方法.4.4.临界热绝缘直径的物理意义及计算方法临界热绝缘直径的物理意义及计算方法.5.5.换热器有那些主要形式换热器有那些主要形式?6.6.换热器的对数平均温差计算方法换热器的对数平均温差计算方法7.7.换热器热计算的基本方法换热器热计算的基本方法.8.8.什么是换热器的效能和传热单元

46、数什么是换热器的效能和传热单元数.9.9.在换热器热计算中在换热器热计算中,平均温差法和传热单元法各有什么平均温差法和传热单元法各有什么 特点特点?第50页，此课件共51页哦 青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程青岛科技大学热能与动力工程2023/1/75110.10.什么是污垢热阻什么是污垢热阻?工程实际中工程实际中,怎样减小管路中的污垢怎样减小管路中的污垢 热阻热阻?举几个例子举几个例子.11.11.强化传热系数的原则是什么强化传热系数的原则是什么?12.12.什么是有源强化换热什么是有源强化换热(主动式强化换热主动式强化换热)和无源强化换热和无源强化换热 (被动式强化换热被动式强化换热)?)?13.13.怎样使用试验数据怎样使用试验数据,用威尔逊图解法求解传热过程分热用威尔逊图解法求解传热过程分热 阻阻?14.14.有那些隔热保温技术有那些隔热保温技术.什么是保温效率什么是保温效率?第51页，此课件共51页哦